高中化学必修1第三章第二节 氮的循环
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(共25张PPT)
普通高中课程标准实验教科书 化学1（必修）
第三章
第二节 氮的循环
联想·质疑
闪电
闪电时空气中会发
生哪些化学反应？
这些反应和生成的
物质对人类的生产
生活有什么影响？
一、氮在自然界中的循环
二、氮循环中重要物质及其变化
1、氮气与氮的固定
N2
分子中两个
氮原子共用
三对电子，
结构特别稳定
常温下性质稳定
高温高压催化剂，放电
氮的化合物
游离态
化合态
氮的固定
放电
如：N2+O2 2NO
N2+3H2 2NH3
概括·整合
人工固氮
生物固氮
高能固氮
自然固氮
氮的固定
NO与NO2的比较
NO NO2
物理
性质
化学
性质
无色有刺激性气味气体
难溶于水，剧毒！
红棕色有刺激性气味
气体，能溶于水，剧毒！
2NO+O2=2NO2
3NO2+H2O=
2HNO3+NO
0.005mol×30g/mol +0.045mol×46g/mol
0.05mol
== 44.4g/mol
M1==
（体积比）
13
8
依题意： 3/2x +y/2 ==0.03mol
依题意： y/2 +z ==0.03mol
解得： y ==0.04mol
0.004mol×46g/mol +0.01mol×92g/mol
0.05mol
== 55.2g/mol
M2==
转换机智在化学计算中的应用
左香华
（广东省深圳市宝安区教研室， 广东深圳518101）
转换机智是人们在解决问题的过程中，利用知识之间的相互联系，把题目中的已知条件或所求问题转换成自已熟悉的便于理解的，且又易作出判断的等价形式的思维过程。转换的特征是“等价”，转换的目的是便于解决原问题。
一、利用极限思维的观点将三组份体系转化为两组份体系
【例1】0.03mol铜完全溶于硝酸，产生氮的氧化物（NO、NO2、N2O4）混合气体共0.05mol。该混合气体的平均相对分子质量可能是（2002年上海市高考题）
（A）30 （B）46 （C）50 （D）66
【解析】：设生成的气体产物中NO、NO2、N2O4的物质的量分别为x、y、z
按极限思维的观点，将三组分体系转化为二组分体系。
①若气体产物中只生成NO、NO2的混合物。
则由3Cu ～ 2NO Cu ～ 2NO2
3 2 1 2
3/2x x y/2 y
x + y ==0.05mol
解得： x ==0.005mol
y==0.045mol
②若气体产物中只生成NO2、N2O4的混合物
则由 Cu ～ 2NO2 Cu～ N2O4
y/2 y z z
y + z ===0.05mol
z==0.01mol
∴ M1＜M＜M2，即44.4＜M＜55.2。
故答案为（B）（C）。
评述：按平均值法的思想，似乎所求答案在30（最小的相对分子质量）和92（最大的相对分子质量）之间，但需注意到此处给定了铜和气体的物质的量，须进行半定量计算进行判断。这里的半定量计算中洋溢着一种转换的思想，同时也渗透了平均值法的思想，它是一种高层次的平均值法思想的体现。
二、利用某些物质的特殊属性（如相对分子质量、组成、特殊性质等）将三组份体系转化为两组份体系
【例2】由CO2、H2和CO组成的混合气体同温同压下与氮气的密度相同。该混合气体中CO2、H2和CO的体积比为（1999年上海市高考题）
（A）29：8：13 （B）22：1：14 （C）13：8：29 （D）26：16：57
【解析】∵M（CO）===M（N2）==28（特殊值）
∴CO可为任意体积。原问题转换为CO2和H2的体积比的求算，由十字交叉法可知：
CO2 44 26
28
H2 2 16
即V（CO2）：V（H2）===26：16 ===13：8
观察备选答案可知，答案为（C）（D）。
评述：抓住某些物质的特殊性质将原问题适当转换，从而使原问题得以简化。这种转换是从一突破口开始进行，因而找准解题的突破口或题眼至关重要。
三、利用特殊的化学式，将有关物质的化学式进行转换，从而突破难点
【例3】由环已烷、乙醇、乙醚组成的混合物，经测定其中碳的质量分数为72.0%，则氧的质量分数为
（A）14.2% (B)16.0% (C)17.8% (D)19.4%
【解析】将环已烷、乙醇、乙醚的化学式C6H12、C2H6O 、C4H10O适当变形，即C6H12、C2H4·H2O 、C4H8·H2O，混合物的组成可以认为是CnH2n· x H2O，显然，由CnH2n知，混合物中部分氢的质量分数为72%×1/6==12%，故水的含量为100%—72%—12% ==16%，又由水的组成知，氧的含量为16%×16/18 ==14.2%，故答(A).
评述：将有关物质的化学式进行变形处理，这就是一种转换。这种转换仍然是一种等价转换。通过转换，使原问题化隐为现、化难为易，因此，灵活的转换机智是思维创新的基础和前提。
四、利用某些特殊的化学反应将多组份体系转化为三组份体系
【例4】120℃、101.3KPa的条件下，有2LH2O（气）、2LCO、1LCO2、0.5LO2和1LH2 组成的混合气体。将混合气体通过分别盛有足量铜粉、炭粉和氧化铜粉的三个灼热的反应管。假设气体通过每个反应管都能充分反应，且不论三个反应管以何种顺序排列。问：
（1）尾气是否可能是单一气体？ （填“可能”或“不可能”），若可能，该气体是 。
（2）原气体中是否有几种（或一种）不可能再存在于尾气之中？ （填“有”或“没有”）。
（3）原气体中是否有几种（或一种）肯定存在于尾气之中 ？ （填“有”或“没有”）。 若有，它们（或它）是 。
【解析】：3个灼热反应管中Cu和C是还原剂，CuO是氧化剂。而Cu只能还原O2 ，不能还原H2O（气）、CO2；C却可以还原H2O（气）、CO2、O2；CuO可以氧化H2、CO。由题给数据知无论铜管在先还是在后，均有以下反应发生，即：
2Cu + O2 ====2CuO ①
2 H2 +2 CuO===2Cu +2 H2O（气） ②
①＋②得：2 H2 ＋O2 ===2 H2O（气） ③
1L 0.5L 1L
H2 和O2恰好反应转化为1L H2O（气）, Cu可视作催化剂，因此，通过铜管后，5组分体系转化为三组分体系，三个灼热管可视作只剩下C和CuO两个灼热管。故本题只需考虑C和CuO管的先后问题。即：
C
CO2、H2O
CO、H2
3LH2O（气）
2LCO
1LCO2
C
CuO
CuO
C
CO2、H2O
CO、H2
故答案为：
（1）不可能；（2）有；（3）没有。
评述：氢气和氧气的反应可以认为是铜作催化剂的反应，由此将5组份体系转化为三组分体系。这种转换符合化学反应原理，是一种等价转换。真是三管变两管，就简又删繁。
思考·讨论
1、现给你一试管二氧化氮，其它药品和
仪器自选，根据上述反应，请你设计实验，
要求尽可能多的使二氧化氮被水吸收。
2、你的设计对工业上生产硝酸有什么启示？
充分利用原料，减少污染物的排放
4NO2+O2+2H2O= 4HNO3
3、NO2和O2混合溶于水
1）在一烧瓶中将NO2和O2以4:1的体积比（标
准状况）混合,倒置于足量水中充分反应后所得
溶液的物质的量浓度为 mol/L
2）将12mlNO2和O2的混合气体通入足量的水
中，充分反应后余气2ml（气体均在相同状态
下测定）求原各气体的体积。
0.036
NO2 8ml、O2 4ml或NO2 10.8ml、O2 1.2ml
三、氨与氮肥
【实验记录】
实验 实验现象 结论
NH3的
喷泉实验
NH3与HCl
的反应
形成红色喷泉
产生大量白烟
氨气极易溶于水
生成NH4Cl固体
【小结：氨的化学性质】
（1）氨跟水反应——显弱碱性
NH 3·H 2O =NH3↑ +H2O
一水合氨很不稳定
NH 3+H2O NH 3·H 2O
NH 3·H 2O NH4 ++OH-
（2）氨跟酸的反应
NH3+HCl=NH4Cl （白烟）
NH3+HNO3=NH4NO3 （白烟）
与挥发性的酸反应有白烟
2NH3+H2SO4=(NH4)2SO4
这个反应叫做氨的催化氧化，
它是工业上制硝酸的基础.
高温
4NH3+5O2===4NO+6H2O
催化剂
-3
+2
（3）NH3具有还原性
-3
种类 化学式 含氮量 性 状
铵
态
氮
肥 NH4HCO3 17.7% 白色结晶，吸湿性很
强，易潮解，溶于水，弱碱性
NH4Cl 26.2% 白色或淡黄色结晶，有吸湿性，溶于水，酸性.
NH4NO3 35% 白色结晶，易潮解，结硬块，溶于水，微酸性，
（NH4)2SO4 21.2% 白色粒状结晶，吸湿性不大，不易结块
有机
氮肥
CO（NH2)2 46.7% 白色或浅黄色针状结晶或小颗粒，溶于水，中性
氮 肥
四、铵盐的性质
实验现象 结论及化学方程式
物理
性质
加热
与碱反应
都是晶体，都易溶于水
NH4Cl === NH3↑ + HCl↑
NH4HCO3 === NH3↑+CO2 ↑
+ H2O
△
△
产生氨气
NH4+ +OH-=== NH3↑ + H2O
检验NH4+的方法！
△
产生使湿润
的红色石蕊
试纸变蓝的
气体
五、氨的实验室制法
2NH4Cl+Ca(OH)2== CaCl2+2NH3↑+2H2O
△
1. 原理：
2. 装置
3.收集方法：
4.检验方法：
与制O2相同
向下排空气法
湿润红色石蕊试纸
六、硝酸的性质
1、物理性质
纯硝酸是无色、易挥发、有刺激性气味 的液体。
硝酸能以任意比溶解于水。
质量分数为69%的硝酸为浓硝酸；
质量分数为98%以上的硝酸为发烟硝酸。
2、硝酸的化学性质
1） 具有酸的通性
2 ）不稳定性
3）具有强氧化性
go
1） 具有酸的通性
使紫色的石蕊试液变红
与某些金属氧化物起反应
与某些盐起反应
与碱起反应
2HNO3+CuO=Cu(NO3)2+H2O
2HNO3 +CaCO3=Ca(NO3)2 +CO2↑+ H2O
HNO3+NaOH=NaNO3+H2O
返回
4 HNO3 ==== 2H2O+4NO2 ↑ +O2 ↑
受热或见光
2 ）硝酸的不稳定性
思考：
▲浓硝酸为什么常呈黄色？
▲如何保存硝酸？
阴凉、避光（棕色试剂瓶）
硝酸分解发出的二氧化氮气体溶于硝酸
而使硝酸呈黄色
返回
3）氧化性（HNO3）
+5
⑴硝酸与大部分的金属能反应
⑵硝酸与许多的非金属能反应
3Cu +8HNO3(稀）=3Cu(NO3)2+2NO ↑ +4H2O
Cu +4HNO3(浓）=Cu(NO3)2+2NO2 ↑ +2H2O
3Mg+8HNO3(稀）=3Mg(NO3)2+2NO ↑ +4H2O
C+4HNO3=2H2O+4NO2 ↑ +CO2 ↑
返回
七、人类活动对自然界氮
循环和环境的影响
NO
NO2
伦敦光化学烟雾
洛杉矶光化学烟雾
广州
光化学烟雾
酸 雨
酸雨的形成
酸雨的
危害
水体富营养化
悲哀的海豚
被污染的河流
普通高中课程标准实验教科书 化学1（必修）
第三章
第二节 氮的循环
联想·质疑
闪电
闪电时空气中会发
生哪些化学反应？
这些反应和生成的
物质对人类的生产
生活有什么影响？
一、氮在自然界中的循环
二、氮循环中重要物质及其变化
1、氮气与氮的固定
N2
分子中两个
氮原子共用
三对电子，
结构特别稳定
常温下性质稳定
高温高压催化剂，放电
氮的化合物
游离态
化合态
氮的固定
放电
如：N2+O2 2NO
N2+3H2 2NH3
概括·整合
人工固氮
生物固氮
高能固氮
自然固氮
氮的固定
NO与NO2的比较
NO NO2
物理
性质
化学
性质
无色有刺激性气味气体
难溶于水，剧毒！
红棕色有刺激性气味
气体，能溶于水，剧毒！
2NO+O2=2NO2
3NO2+H2O=
2HNO3+NO
0.005mol×30g/mol +0.045mol×46g/mol
0.05mol
== 44.4g/mol
M1==
（体积比）
13
8
依题意： 3/2x +y/2 ==0.03mol
依题意： y/2 +z ==0.03mol
解得： y ==0.04mol
0.004mol×46g/mol +0.01mol×92g/mol
0.05mol
== 55.2g/mol
M2==
转换机智在化学计算中的应用
左香华
（广东省深圳市宝安区教研室， 广东深圳518101）
转换机智是人们在解决问题的过程中，利用知识之间的相互联系，把题目中的已知条件或所求问题转换成自已熟悉的便于理解的，且又易作出判断的等价形式的思维过程。转换的特征是“等价”，转换的目的是便于解决原问题。
一、利用极限思维的观点将三组份体系转化为两组份体系
【例1】0.03mol铜完全溶于硝酸，产生氮的氧化物（NO、NO2、N2O4）混合气体共0.05mol。该混合气体的平均相对分子质量可能是（2002年上海市高考题）
（A）30 （B）46 （C）50 （D）66
【解析】：设生成的气体产物中NO、NO2、N2O4的物质的量分别为x、y、z
按极限思维的观点，将三组分体系转化为二组分体系。
①若气体产物中只生成NO、NO2的混合物。
则由3Cu ～ 2NO Cu ～ 2NO2
3 2 1 2
3/2x x y/2 y
x + y ==0.05mol
解得： x ==0.005mol
y==0.045mol
②若气体产物中只生成NO2、N2O4的混合物
则由 Cu ～ 2NO2 Cu～ N2O4
y/2 y z z
y + z ===0.05mol
z==0.01mol
∴ M1＜M＜M2，即44.4＜M＜55.2。
故答案为（B）（C）。
评述：按平均值法的思想，似乎所求答案在30（最小的相对分子质量）和92（最大的相对分子质量）之间，但需注意到此处给定了铜和气体的物质的量，须进行半定量计算进行判断。这里的半定量计算中洋溢着一种转换的思想，同时也渗透了平均值法的思想，它是一种高层次的平均值法思想的体现。
二、利用某些物质的特殊属性（如相对分子质量、组成、特殊性质等）将三组份体系转化为两组份体系
【例2】由CO2、H2和CO组成的混合气体同温同压下与氮气的密度相同。该混合气体中CO2、H2和CO的体积比为（1999年上海市高考题）
（A）29：8：13 （B）22：1：14 （C）13：8：29 （D）26：16：57
【解析】∵M（CO）===M（N2）==28（特殊值）
∴CO可为任意体积。原问题转换为CO2和H2的体积比的求算，由十字交叉法可知：
CO2 44 26
28
H2 2 16
即V（CO2）：V（H2）===26：16 ===13：8
观察备选答案可知，答案为（C）（D）。
评述：抓住某些物质的特殊性质将原问题适当转换，从而使原问题得以简化。这种转换是从一突破口开始进行，因而找准解题的突破口或题眼至关重要。
三、利用特殊的化学式，将有关物质的化学式进行转换，从而突破难点
【例3】由环已烷、乙醇、乙醚组成的混合物，经测定其中碳的质量分数为72.0%，则氧的质量分数为
（A）14.2% (B)16.0% (C)17.8% (D)19.4%
【解析】将环已烷、乙醇、乙醚的化学式C6H12、C2H6O 、C4H10O适当变形，即C6H12、C2H4·H2O 、C4H8·H2O，混合物的组成可以认为是CnH2n· x H2O，显然，由CnH2n知，混合物中部分氢的质量分数为72%×1/6==12%，故水的含量为100%—72%—12% ==16%，又由水的组成知，氧的含量为16%×16/18 ==14.2%，故答(A).
评述：将有关物质的化学式进行变形处理，这就是一种转换。这种转换仍然是一种等价转换。通过转换，使原问题化隐为现、化难为易，因此，灵活的转换机智是思维创新的基础和前提。
四、利用某些特殊的化学反应将多组份体系转化为三组份体系
【例4】120℃、101.3KPa的条件下，有2LH2O（气）、2LCO、1LCO2、0.5LO2和1LH2 组成的混合气体。将混合气体通过分别盛有足量铜粉、炭粉和氧化铜粉的三个灼热的反应管。假设气体通过每个反应管都能充分反应，且不论三个反应管以何种顺序排列。问：
（1）尾气是否可能是单一气体？ （填“可能”或“不可能”），若可能，该气体是 。
（2）原气体中是否有几种（或一种）不可能再存在于尾气之中？ （填“有”或“没有”）。
（3）原气体中是否有几种（或一种）肯定存在于尾气之中 ？ （填“有”或“没有”）。 若有，它们（或它）是 。
【解析】：3个灼热反应管中Cu和C是还原剂，CuO是氧化剂。而Cu只能还原O2 ，不能还原H2O（气）、CO2；C却可以还原H2O（气）、CO2、O2；CuO可以氧化H2、CO。由题给数据知无论铜管在先还是在后，均有以下反应发生，即：
2Cu + O2 ====2CuO ①
2 H2 +2 CuO===2Cu +2 H2O（气） ②
①＋②得：2 H2 ＋O2 ===2 H2O（气） ③
1L 0.5L 1L
H2 和O2恰好反应转化为1L H2O（气）, Cu可视作催化剂，因此，通过铜管后，5组分体系转化为三组分体系，三个灼热管可视作只剩下C和CuO两个灼热管。故本题只需考虑C和CuO管的先后问题。即：
C
CO2、H2O
CO、H2
3LH2O（气）
2LCO
1LCO2
C
CuO
CuO
C
CO2、H2O
CO、H2
故答案为：
（1）不可能；（2）有；（3）没有。
评述：氢气和氧气的反应可以认为是铜作催化剂的反应，由此将5组份体系转化为三组分体系。这种转换符合化学反应原理，是一种等价转换。真是三管变两管，就简又删繁。
思考·讨论
1、现给你一试管二氧化氮，其它药品和
仪器自选，根据上述反应，请你设计实验，
要求尽可能多的使二氧化氮被水吸收。
2、你的设计对工业上生产硝酸有什么启示？
充分利用原料，减少污染物的排放
4NO2+O2+2H2O= 4HNO3
3、NO2和O2混合溶于水
1）在一烧瓶中将NO2和O2以4:1的体积比（标
准状况）混合,倒置于足量水中充分反应后所得
溶液的物质的量浓度为 mol/L
2）将12mlNO2和O2的混合气体通入足量的水
中，充分反应后余气2ml（气体均在相同状态
下测定）求原各气体的体积。
0.036
NO2 8ml、O2 4ml或NO2 10.8ml、O2 1.2ml
三、氨与氮肥
【实验记录】
实验 实验现象 结论
NH3的
喷泉实验
NH3与HCl
的反应
形成红色喷泉
产生大量白烟
氨气极易溶于水
生成NH4Cl固体
【小结：氨的化学性质】
（1）氨跟水反应——显弱碱性
NH 3·H 2O =NH3↑ +H2O
一水合氨很不稳定
NH 3+H2O NH 3·H 2O
NH 3·H 2O NH4 ++OH-
（2）氨跟酸的反应
NH3+HCl=NH4Cl （白烟）
NH3+HNO3=NH4NO3 （白烟）
与挥发性的酸反应有白烟
2NH3+H2SO4=(NH4)2SO4
这个反应叫做氨的催化氧化，
它是工业上制硝酸的基础.
高温
4NH3+5O2===4NO+6H2O
催化剂
-3
+2
（3）NH3具有还原性
-3
种类 化学式 含氮量 性 状
铵
态
氮
肥 NH4HCO3 17.7% 白色结晶，吸湿性很
强，易潮解，溶于水，弱碱性
NH4Cl 26.2% 白色或淡黄色结晶，有吸湿性，溶于水，酸性.
NH4NO3 35% 白色结晶，易潮解，结硬块，溶于水，微酸性，
（NH4)2SO4 21.2% 白色粒状结晶，吸湿性不大，不易结块
有机
氮肥
CO（NH2)2 46.7% 白色或浅黄色针状结晶或小颗粒，溶于水，中性
氮 肥
四、铵盐的性质
实验现象 结论及化学方程式
物理
性质
加热
与碱反应
都是晶体，都易溶于水
NH4Cl === NH3↑ + HCl↑
NH4HCO3 === NH3↑+CO2 ↑
+ H2O
△
△
产生氨气
NH4+ +OH-=== NH3↑ + H2O
检验NH4+的方法！
△
产生使湿润
的红色石蕊
试纸变蓝的
气体
五、氨的实验室制法
2NH4Cl+Ca(OH)2== CaCl2+2NH3↑+2H2O
△
1. 原理：
2. 装置
3.收集方法：
4.检验方法：
与制O2相同
向下排空气法
湿润红色石蕊试纸
六、硝酸的性质
1、物理性质
纯硝酸是无色、易挥发、有刺激性气味 的液体。
硝酸能以任意比溶解于水。
质量分数为69%的硝酸为浓硝酸；
质量分数为98%以上的硝酸为发烟硝酸。
2、硝酸的化学性质
1） 具有酸的通性
2 ）不稳定性
3）具有强氧化性
go
1） 具有酸的通性
使紫色的石蕊试液变红
与某些金属氧化物起反应
与某些盐起反应
与碱起反应
2HNO3+CuO=Cu(NO3)2+H2O
2HNO3 +CaCO3=Ca(NO3)2 +CO2↑+ H2O
HNO3+NaOH=NaNO3+H2O
返回
4 HNO3 ==== 2H2O+4NO2 ↑ +O2 ↑
受热或见光
2 ）硝酸的不稳定性
思考：
▲浓硝酸为什么常呈黄色？
▲如何保存硝酸？
阴凉、避光（棕色试剂瓶）
硝酸分解发出的二氧化氮气体溶于硝酸
而使硝酸呈黄色
返回
3）氧化性（HNO3）
+5
⑴硝酸与大部分的金属能反应
⑵硝酸与许多的非金属能反应
3Cu +8HNO3(稀）=3Cu(NO3)2+2NO ↑ +4H2O
Cu +4HNO3(浓）=Cu(NO3)2+2NO2 ↑ +2H2O
3Mg+8HNO3(稀）=3Mg(NO3)2+2NO ↑ +4H2O
C+4HNO3=2H2O+4NO2 ↑ +CO2 ↑
返回
七、人类活动对自然界氮
循环和环境的影响
NO
NO2
伦敦光化学烟雾
洛杉矶光化学烟雾
广州
光化学烟雾
酸 雨
酸雨的形成
酸雨的
危害
水体富营养化
悲哀的海豚
被污染的河流